Gekon | Foto: Wikimedia

Doporučujeme, Fokus

Jak na to jde příroda: dokonalý sluch, lepivé nohy a vynález kola

25 října 2017   Galerie

Dokonale slyšící sova, hovnivál se svou kuličkou a gravitaci popírající gekon. Co mají společného? Stejně jako mnoho dalších živočichů inspirovali lidstvo k technickému pokroku.

Bionika je vědní obor, který přírodní „technická řešení“ přenáší do našeho světa. Má na svědomí například suchý zip, špínu odpuzující nátěry nebo vysokopevnostní materiály. Termín bionika poprvé použil jeden důstojník amerického letectva v roce 1958, jako první tuto oblast však zkoumal Leonardo da Vinci.

My jsme před časem psali třeba o vozu Mercedes, jehož tvary jsou inspirovány krabicovými rybami havýši (první i druhý díl článku), o tom, jak tvůrci japonského šinkanzenu opisovali u per sov a zobáků ledňáčků, nebo o zajímavém konceptu auta, jehož karoserie kopíruje želví krunýř.

Dnes pokračujeme dalšími zajímavými příklady geniální tvorby přírodního šéfkonstruktéra.

Kde se ve tmě skrývá hraboš?

V půlce prázdnin jsme psali o akustické kameře, zařízení, které umí zobrazovat zvuk. Pole citlivých mikrofonů ve spojení s počítačem dokáže lokalizovat zvuky v okolí, tedy vytvářet zvukové mapy. Akustické kamery pomáhají přesně určit zdroje zvuků: odkud se ozývá rachot v motoru, která část stroje nebo budovy je hlučná, těsní dobře kabina letadla a neuchází z ní vzduch?

Víte ale, že inspirací k sestrojení akustické kamery byla sova?

Konkrétně kalous ušatý, který dostal své jméno podle malých vzhůru trčících chomáčků peří na hlavě. Připomínají uši, ty má sova ale jinde po stranách hlavy vedle obličejového závoje. Zajímavé ovšem je jejich rozmístění. Je asymetrické. Jedno ucho je výš než druhé. A právě to je příčinou famózního kalousova sluchu. Ten je tak citlivý na vnímání zvukových vln, že zaslechne i ty nejslabší, nepatrné zvuky způsobené možnou budoucí kořistí. A navíc právě díky různě posazeným uším dokáže s obdivuhodnou přesností určit i její polohu. Každé ucho totiž přijme zvukové vlny jindy, s malým časovým zpožděním. A právě z tohoto rozdílu dokáže kalous „vypočítat“ směr, odkud zvuk přichází: stačí dokonce odstup pouhopouhé 0,00002 vteřiny!

Hovnivál a kolo

Vruboun neboli skarabeus byl pro staré Egypťany božstvem spojovaným se Sluncem. Věřili, že brouk každé ráno vytlačí zářící kotouč na oblohu a večer ho zase odvalí pryč. Mohla je tato víra přivést na myšlenku, na jejímž konci byl vynález kola? To se můžeme jen domnívat. Víme, že první kola se objevila v Mezopotámii kolem roku 3500 před naším letopočtem. Egypťané kolo tedy podle všeho znát museli, byť ho například během stavění pyramid zřejmě nevyužívali.

Podle starých Řeků kolo objevil krétský architekt Métagénès. Ten pracoval se svým otcem na stavbě jednoho z divů světa, chrámu v Efesu, a podle legend ho přitom napadlo napodobit právě vrubouna. Podle dochovaných zpráv tento antický architekt přesouval veliké bloky kamene tak, že je podkládal dvěma dřevěnými koly, po nichž se náklad sunul. Každé z kol mělo v zemi navíc vyrytou svou přesnou dráhu, aby byl zaručen správný směr.

Když nesvítí Měsíc, stačí hvězdy
Ať už vrubouni čili skarabeové pro lidi byli inspirací či ne, jejich konání je nanejvýš zajímavé. Tito brouci valí kuličku trusu jiných zvířat (v oblibě mají prý obzvlášť ten soví) na příhodné místo proto, aby do ní samička mohla naklást vajíčka. K oddělení a vytvarování kuličky používá poslední, velice silný pár nohou, jimiž svůj náklad pak pozadu tlačí po zemi. Když najde vhodné místo, kuličku zahrabe. Larvy se pak vylíhnout v hojnosti potravy a v úkrytu. Vrubouni jsou také jedni z největších siláků živočišné říše: zvládnou tlačit kuličku víc než padesátkrát těžší, než jsou sami.
Jelikož brouk tlačí trus zadními končetinami, jde pozadu a hlavu má skloněnou: nevidí tedy na cestu. Přesto dokáže putovat po absolutně rovné dráze a ze svého směru se ani o trochu nevychýlí. Jak to dělá? Švédští biologové z univerzity v Lundu zjistili, že vrubouni jsou velice citliví na polarizované světlo Měsíce.
Vědci zkoumali, jak dlouhou dobu brouci potřebují, aby urazili určitou vzdálenost a dosáhli cíle, za různých podmínek. Když svítil Měsíc, úsek zdolali za dvacet vteřin. Když bylo k dispozici jen hvězdné nebe, potřebovali čtyřicet vteřin. Pokud ale na oblohu neviděli, bloudili celé dvě minuty. Výzkumníci pokračovali také v planetáriu, kde vrubounům promítali různé části nočního nebe. Ale brouci tápali a ztráceli se: k orientaci zkrátka potřebují světlo z Mléčné dráhy.

Lepicí nohy

Viděli jste někdy gekona v akci? Je to fascinující podívaná. Dokážou šplhat vzhůru po dokonale hladkém povrchu i chodit po stropě hlavou dolů. Suchý nebo vlhký, jejich nohy se udrží na jakémkoli povrchu. A také se dokážou od jakéhokoli povrchu vmžiku odlepit.

Jejich trik vězí v přísavných polštářcích, kterými jsou pokryty spodní plochy jejich prstů a u některých druhů i ocas. Polštářky tvoří miliardy drobounkých vláken, která jsou uspořádána do těsně sevřených řad. Každé z těchto vláken se na konci třepí do stovek mikroskopických, na konci rozšířených příchytných štětů. A právě ty gekon dokáže přilepit skoro na cokoli.

Jenže jak přilepit? Pro vysvětlení se musíme vypravit do kvantové fyziky. Tím tajemstvím jsou takzvané van der Waalsovy síly. Ty způsobují, že v nanosvětě k sobě molekuly a atomy mohou přilnout díky vzájemné elektromagnetické interakci. Každý zmíněný štět na gekonově tlapě se orientuje tak, aby jeho rozšířený konec přilnul k povrchu co největší možnou plochou a van der Waalsovy síly začaly působit.

Jak mocná přilnavost nakonec bude, závisí na množství takto působících sil. Faktem je, že díky stovkám miliard nitkovitých štětů na každém polštářku gekonova chodidla se zvíře dokáže udržet i jen na jednom z pěti prstů, které má na každé noze.

A jak tuto fascinující „konstrukci“ můžeme využít v našem technickém světě? Budou naše auta jednou šplhat po skalách a svislých stěnách? Dokážou lidé vyrobit podobný materiál s takto přilnavým povrchem? Ano, ale samozřejmě zdaleka ne tak dokonalý. Už několik laboratoří ve světě přišlo s polymerovými hmotami, které lamely na tlapkách gekonů napodobují. Jsou suché, pohyblivé a přilnou k jakémukoli materiálu. Na gekony ale pořád ještě nemají.

,



Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

Anti SPAM *

Buďme v kontaktu

Sledujte VVAutomotive na síti LinkedIn a na Facebooku – buďte v kontaktu s profesionály z oboru. Odebírejte aktuální informace a rozšiřte komunitu odborníků.